【正文】 術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的各種智能系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于裝載機的設(shè)計、計算操作控制、檢測監(jiān)控、生產(chǎn)經(jīng)營和維修服務(wù)等各個方面，使國外裝載機在原來的基礎(chǔ)之上更加“精致”，其自動化程度也得以提高，從而進一步提高了生產(chǎn)效率，改善了司機的作業(yè)環(huán)境，提高了作業(yè)舒適性，降低了噪音、振動和排污量，保護了自然環(huán)境，最大程度的簡化維修、降低作業(yè)成本，使其性能、安全性、可靠性、使用壽命和操作性能都達到了很高的水平。為了適應(yīng)市場需求，各廠商加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，如以卡特彼勒為代表的美國，以小松公司為代表的日本和裝載機生產(chǎn)第三大集團西歐各廠家都加快推出多功能，全面兼顧動力性、機動性與靈活性的新產(chǎn)品，以滿足不同用途用戶的需求。這些產(chǎn)品如美國克拉克公司生產(chǎn)的675型，功率達1000 kW ， 而日本東洋遠般株式會社生產(chǎn)的310型， 。如JCB公司開發(fā)了收縮臂式裝載機，小松公司開發(fā)了能擴大作業(yè)范圍帶伸縮機構(gòu)的裝載機。工作裝置連桿機構(gòu)推陳出新，各種自動功能更趨于成熟、完善。發(fā)動機管理系統(tǒng)也稱自動控制系統(tǒng)、電腦控制系統(tǒng)等，是電子計算機在工程機械中的應(yīng)用之一。減少了動力損失，節(jié)約燃料，減少排氣量和噪音，同時可使發(fā)動機長期在額定點工作，增加發(fā)動機的使用壽命。馬拉松2） 傳動機構(gòu)以卡特彼勒公司為代表的裝載機采用液力機械傳動系統(tǒng)，其G系列裝載機采用電子自動換擋控制，可以自動選擇檔位傳動比，使換擋在變速箱最佳效率點進行。小松公司W(wǎng)A系列中的小功率裝載機采用液壓機械傳動和新型集中結(jié)構(gòu)驅(qū)動橋。輪端采用浮動密封結(jié)構(gòu)，安裝簡便，有自動補償功能，密封性好。新型的可調(diào)離合器系統(tǒng)，能精確的控制行駛速度，驅(qū)動功率可以在20%~100%之間選擇。迪爾H系列小功率裝載機為靜壓傳動，可以實現(xiàn)全程范圍內(nèi)的無級變速。快速換擋按鈕可以使司機在1~4擋或2~4擋之間自動切換，變速和換擋由一根操縱桿集中控制。行車制動器為液壓驅(qū)動自由調(diào)節(jié)雙盤式制動器。勒圖爾勒公司的裝載機采用柴油機發(fā)電機電動輪傳動，比液力機械傳動系統(tǒng)簡單。無變速箱、傳動軸等許多部件，提高了傳動效率，操作維修方便，低費用。設(shè)置了電動緩行器不用工作制動停機，裝料對位準確。3） 液壓系統(tǒng)為了滿足鏟掘能力和快速卸載兩方面的要求，裝載機工作裝置多采用多級液壓系統(tǒng)。該動臂舉升時候，轉(zhuǎn)換閥接入，以提高舉升速度。大缸徑轉(zhuǎn)向液壓缸使轉(zhuǎn)向更靈活。小松公司的WA系列采用雙回路大流量液壓系統(tǒng)，增大挖掘力并降低工作循環(huán)時間，提高燃油效率。變輸出液壓系統(tǒng)可以最大限度的利用發(fā)動機的功率，提高生產(chǎn)率。工作裝置能以水平位置提升或降下放在托板上的物料，可以配用多種作業(yè)裝置，最大限度的減少司機由地面到最大高度對鏟斗傾角的調(diào)整，前面視野更加開闊。德國Oamp。圖12為現(xiàn)場裝載機的工作裝置。附著力控制系統(tǒng)： 在每個車輛上安裝一個速度傳感器，自動將所需要的制動力施加到車輛上，并將扭矩傳給與之緊密相連的車輪上，便于裝載機直線行駛和轉(zhuǎn)向。發(fā)動機自動控制系統(tǒng)： 當裝載機處于非作業(yè)工況時，自動降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，減少燃料消耗及發(fā)動機噪聲。轉(zhuǎn)向變速集成控制系統(tǒng)： 取消傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤和變速桿，將轉(zhuǎn)向與變速操縱裝置集成在一個操縱手柄上，并采用簡單的觸發(fā)式方向控制開關(guān)和選擋用的分裝式加速按鈕。銷軸潤滑系統(tǒng)： 能為工作裝置上的所有銷軸提供為期200h的潤滑服務(wù)，并使銷軸作業(yè)易于完成。負載感應(yīng)變速系統(tǒng)： 根據(jù)負載狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)車速及發(fā)動機飛輪扭矩，實現(xiàn)高速、小扭矩或低速、大扭矩的動力輸出。駕駛員只管全神貫注的工作而無需不斷查看儀表讀數(shù)。當作業(yè)或低速行駛時，系統(tǒng)自動斷開，由電子速度開關(guān)控制的電磁閥自動開啟，蓄能器吸收工作裝置液壓系統(tǒng)的振動與沖擊載荷，提高了操作的穩(wěn)定性、安全性和舒適性。計算機監(jiān)控/管理系統(tǒng)： 連續(xù)監(jiān)控/管理裝載機數(shù)十項性能指標參數(shù)，在遇到突發(fā)或緊急情況時，很容易通過液晶儀表顯示、聽覺與視覺相結(jié)合的報警信號，提醒駕駛員注意。并可以對質(zhì)量累計計算，顯示儀表以彩色數(shù)碼顯示，清楚明了，校準簡便，測量誤差為177。面板控制系統(tǒng)： 采用聲、光、電及數(shù)字顯示的控制面板，實現(xiàn)裝載儀器與儀表的報警與監(jiān)控。自動運輸控制系統(tǒng)： 降低機器在凹凸不平的路面上的振動，提高駕駛舒適性和作業(yè)效率。先進的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)： 采用代替?zhèn)鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤和控制手柄，此系統(tǒng)在WA1200型上已安裝。Cat3516B型發(fā)動機裝有此模塊。如美國Sierrita礦的Cat992C型裝載機設(shè)了Black Box Automation 公司開發(fā)的視距內(nèi)無線電遠距離遙控系統(tǒng)。大中型裝載機駕駛室普遍采用翻車保護裝置結(jié)構(gòu)（ROPS）和落物保護裝置結(jié)構(gòu)（FOPS），室內(nèi)安裝空調(diào)裝置，采用防塵、減震和隔離材料。如卡特彼勒公司裝載機的即使是設(shè)有微機監(jiān)控裝置和可調(diào)懸掛式座椅，先導(dǎo)液壓閥操縱鏟斗控制手柄及流量放大轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，使操作輕便、靈活，采用防翻車保護裝置和落物保護裝置結(jié)構(gòu)符合ISO標準要求。室內(nèi)布置簡潔，可適應(yīng)不同體型的司機。電控行駛控制系統(tǒng)（ECSS），能將縱向和垂直方向的低頻振動降低40%~50%，減小司機疲勞程度。各種工作裝置的更換非常簡便，司機在駕駛室內(nèi)只需1~2min就可以輕而易舉的完成。大量機罩都采用可展開結(jié)構(gòu)，可整體翻轉(zhuǎn)，有些機型的駕駛室還可以整體傾翻。大部分產(chǎn)品設(shè)有微機操作信息中心供維修查詢。普遍采用了降噪、將污染、滿足現(xiàn)有排放法的清潔型發(fā)動機，同時對機器主要噪聲源都采取了各種防護措施。（1） 系列化，特大型化系列化是工程機械發(fā)展的重要趨勢。與此同時，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。推動這一發(fā)展的因素首先源于液壓技術(shù)的發(fā)展，通過對液壓系統(tǒng)的合理設(shè)計，使得工作裝置能夠完成多種作業(yè)功能；其次，快速可更換連接裝置的誕生，安裝在工作裝置上的液壓快速可更換連接器，能在作業(yè)現(xiàn)場完成各種附屬裝置的快速裝卸及液壓軟管的自動連接，使得更換附屬作業(yè)裝置的工作在司機室通過操縱手柄即可快速完成。為占領(lǐng)這一市場，各生產(chǎn)廠商都推出了多用途、小型和微型裝載機。液壓技術(shù)將進一步與微電子、信息技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)機電信一體化，最大限度的提高功能利用率，提高裝載機的技術(shù)性能和科技含量。（5） 更加重視安全性、舒適性和可靠性裝載機的安全性、舒適性和可靠性技術(shù)將得到更廣泛的重視。（6） 向節(jié)能與環(huán)保方向發(fā)展一些節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)和新方法，如代用燃料、節(jié)能裝置、降噪裝置將得到更深入的試驗研究并推廣應(yīng)用，進一步降低能耗，提高作業(yè)經(jīng)濟效益。目前，我國裝載機的生產(chǎn)技術(shù)水平只相當于發(fā)達國家20世紀80年代的生產(chǎn)制造水平。在生產(chǎn)制造上，工藝裝備水平和生產(chǎn)能力低，造成關(guān)鍵零部件技術(shù)不過關(guān)，整機的可靠性，故障率，使用壽命，機、電、液一體化水平，外觀質(zhì)量，操縱靈活性和舒適性方面與先進國家產(chǎn)品相比差距較大。產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，國產(chǎn)裝載機大故障的部位主要集中在傳動系統(tǒng)，小毛病主要出現(xiàn)在液壓系統(tǒng)。由于設(shè)計或制造等原因，各個部件不能自如運作，工作起來笨拙不堪，現(xiàn)場講是出工不出力、出力不出活。設(shè)備的舒適性是指駕駛員在操作設(shè)備作業(yè)時所感受到的舒適程度，也包括環(huán)保方面的排放標準和噪聲大小等。一些廠家試圖在駕駛室里安裝收錄機等音響系統(tǒng)，其實在沒解決設(shè)備噪聲之前，這些都是徒勞的；同理，在沒有解決駕駛室密封問題之前，一切空調(diào)等通風(fēng)換氣裝置都是沒有任何意義的。~10t 的裝載機產(chǎn)品，但產(chǎn)量主要集中在1~5t 范圍內(nèi)，無力生產(chǎn)微型級、大型級產(chǎn)品，造成了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中間大、兩頭小的格局。目前國產(chǎn)裝載機也正在從低水平、低質(zhì)量、低價位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價位、經(jīng)濟實用型過渡。其發(fā)展體現(xiàn)出以下一些趨勢： ⑴ 大型和小型裝載機，在近幾年的發(fā)展過程中，受到客觀條件及市場總需求量的限制，競爭最為激烈的中型裝載機更新速度將越來越快。⑶ 優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)性能。⑷ 利用電子技術(shù)及負荷傳感技術(shù)來實現(xiàn)變速箱的自動換擋及液壓變量系統(tǒng)的應(yīng)用，提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機作業(yè)成本。駕駛室逐步具備FOPS和ROPS功能，通過國際安全要求的認證，達到國際市場的基本要求，獲得進入國際市場的許可證。⑹ 降低噪聲和排放，強化環(huán)保指標。⑺ 廣泛利用新材料、新工藝、新技術(shù)，特別是機、電、液一體化技術(shù)，提高產(chǎn)品的壽命和可靠性。 本章小結(jié)通過以上對裝載機整體的的敘述， 能明顯的認識到其工作裝置在整個裝載機中占據(jù)著重要的作用，其各個系統(tǒng)的目的在于使工作裝置能夠得到最優(yōu)化的工作狀態(tài)，提高裝載機在工程中的應(yīng)用效率，因此，本次設(shè)計在于設(shè)計出使用范圍廣，通用性強的一種裝載機的工作裝置。工作裝置是組成裝載機的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計水平的高低直接影響工作裝置性能的好壞，進而影響整機的工作效率與經(jīng)濟性指標。它由運動相互獨立的兩部分組成 連桿機構(gòu)和動臂舉升機構(gòu)，主要由鏟斗、動臂、連桿、上下?lián)u臂、轉(zhuǎn)斗油缸、動臂舉升油缸、托架、液壓系統(tǒng)等組成。由托架、動臂、連桿及前車架構(gòu)成一個平行四邊形連桿機構(gòu)，使得轉(zhuǎn)斗缸閉鎖時，動臂在舉升過程中，鏟斗始終保持平動。動臂舉升缸一般采用立式（又稱豎式）或臥式（又稱橫式）布置形式，常見有兩種連接方式：一種是油缸頂端與前車架鉸接（圖23）；另一種是油缸中部通過銷軸與前車架鉸接（圖24）。操縱轉(zhuǎn)斗缸實現(xiàn)鏟斗的裝載或卸料；操縱舉升油缸實現(xiàn)動臂和鏟斗升降運動。對裝載機工作裝置而言，盡管桿件數(shù)目越多越能實現(xiàn)復(fù)雜的運動，但同時鉸接點的數(shù)目也隨之增加，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越難在動臂上進行布置。這樣，按組成工作裝置連桿機構(gòu)構(gòu)件數(shù)不同，裝載機工作裝置可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿機構(gòu)；按輸入與輸出桿轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)機構(gòu)。綜合國內(nèi)外裝載機工作裝置可知，其連桿機構(gòu)典型結(jié)構(gòu)主要有下列幾種。機構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鏟斗自動放平性較差。由于連桿機構(gòu)要布置在動臂上，所以有可能作為裝載機工作裝置的僅有兩種方案：其一，是由2個四鉸構(gòu)件和6個兩鉸構(gòu)件組成（圖25a）；其二，是由1個四鉸構(gòu)件、2個三鉸構(gòu)件和5個兩鉸構(gòu)件組成（圖25b~f）。目前，裝載機工作裝置八桿機構(gòu)有以下兩種結(jié)構(gòu)形式：1） 由圖25b組成的工作裝置如圖26a、b所示。 圖25 八桿機構(gòu)的構(gòu)成方案 圖26 八桿機構(gòu)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式 六桿機構(gòu) 六桿機構(gòu)工作裝置是目前裝載機上使用最為普及的一種結(jié)構(gòu)形式。其中，圖b 所示方案目前在裝載機上尚未采用；圖a 所示方案形成的工作裝置，是以三鉸構(gòu)件1為動臂、構(gòu)件2為鏟斗、構(gòu)件4為搖臂、構(gòu)件6為機架。缺點是轉(zhuǎn)斗時油缸小腔進油，鏟掘力相對較??；連桿機構(gòu)傳力比小，使得轉(zhuǎn)斗缸活塞行程較大，轉(zhuǎn)斗缸加長，卸載程度不如八桿機構(gòu)；由于轉(zhuǎn)斗缸前置，使得工作裝置的整體重心外移，增大了工作裝置的前懸量，影響整機的穩(wěn)定性和行駛時的平穩(wěn)性；鏟斗不易實現(xiàn)自動放平。與轉(zhuǎn)斗缸前置式相比，機構(gòu)前懸較小，傳動比較大，活塞行程較短；有可能將動臂、轉(zhuǎn)斗缸、搖臂和連桿機構(gòu)的中心線設(shè)計在同一平面內(nèi)，從而簡化了結(jié)構(gòu)，改善了動臂和鉸銷的受力狀態(tài)。3） 轉(zhuǎn)斗缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)（圖28c） 仍以構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗缸，但將其布置在動臂下方。但組成工作裝置的各構(gòu)件不易布置在同一平面內(nèi)，構(gòu)件受力狀態(tài)較差。這種機構(gòu)又稱為“Z”形連桿機構(gòu)（Zbar Linkage）。缺點是搖臂和連桿布置在鏟斗和前橋之間的狹窄部位，各構(gòu)件間易于發(fā)生干涉。現(xiàn)在這種機構(gòu)很少用。缺點是鏟掘轉(zhuǎn)斗時油缸小腔作用，輸出力較??；連桿機構(gòu)的傳力比難以設(shè)計成較大值，所以鏟掘力相對較小；轉(zhuǎn)斗缸行程較大，油缸結(jié)構(gòu)較長；鏟斗卸載時，活塞桿易與鏟斗底部相碰，減小了卸載角；機構(gòu)不易實現(xiàn)鏟斗自動放平。當鏟斗端平時，短連桿與活塞桿靠油缸拉力和鏟斗重力拉成一直線，合為一桿；而當鏟斗卸料時，短連桿能相對活塞桿轉(zhuǎn)動，從而避免了活塞桿與斗底相碰。其鏟斗插入工況是依靠動臂伸出來實現(xiàn)的，從而解決了靠機器行走時插入造成輪胎嚴重磨損的問題；卸載時可伸出動臂，以獲得較大的卸載高度和卸載距離；運輸工況時，可縮回動臂，減小前懸，提高車架行駛時的穩(wěn)定性。 圖29 工作裝置結(jié)構(gòu)形式a）正轉(zhuǎn)四桿機構(gòu) b）正轉(zhuǎn)五桿機構(gòu) c）動臂可伸縮式三桿機構(gòu) 工作裝置自由度的計算由于組成裝載機工作裝置的各構(gòu)件是通過銷軸連接的，各個銷軸互相平行；加上，其結(jié)構(gòu)又是縱向?qū)ΨQ。圖210所示，為典型的反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)和正轉(zhuǎn)八桿機構(gòu)工作裝置的桿系結(jié)構(gòu)簡圖。 圖210 工作裝置平面桿系結(jié)構(gòu)簡圖 a）反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu) b）正轉(zhuǎn)八桿機構(gòu) 對于反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)的工作裝置（圖210a），它由舉升機構(gòu)GHI、油缸四連桿機構(gòu)DEFG和鏟斗四連桿機構(gòu)ABCD等組成。這樣，由平面機構(gòu)自由度的計算公式可得，反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)工作裝置的自由度2當轉(zhuǎn)斗缸閉鎖時，動臂在舉升缸的作用下舉升或下降鏟斗，此時該工作裝置的自由度為1，舉升缸為原動件；當舉升缸閉鎖，動臂處于某一特定作業(yè)位置不動時，在轉(zhuǎn)斗缸的作用下，通過一平面六桿機構(gòu)使鏟斗繞其鉸點轉(zhuǎn)動，此時該工作裝置的自由度也是為1，轉(zhuǎn)斗缸為原動件。同樣可得，正轉(zhuǎn)八桿機構(gòu)工作裝置的自由度F=2。同時考慮到實際工作中的運用情況，它的連桿機構(gòu)采用的是反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)。3 ZL50 裝載機工作裝置設(shè)計 工作裝置的設(shè)計要求 工作裝置工作性能工作裝置的結(jié)構(gòu)和性能直接影響工程機械整機的工作尺寸和性能參數(shù)，工作裝置的合理性直接影響整機的工作效率、生產(chǎn)負荷、動力與運動特性、不同工況下的作業(yè)效果、工作循環(huán)的時間、外形尺寸和發(fā)動機功率等。裝載機的工作過程包括：插入工況、鏟裝工況、重載運輸工況、舉升工況、卸載工況、空載運輸工況。裝載機工作裝置主要由鏟斗和支持鏟斗進行裝載作業(yè)的連桿系統(tǒng)組成，依靠這套裝置裝載機可以對汽車、火車進行散料裝載作業(yè)，也可以對散料進行短距離運輸作業(yè)，還可以進行平地修路等作業(yè)。 對工作裝置的要求工作裝置在設(shè)計時應(yīng)滿足以下要求（1） 角度要求：滿足工作循環(huán)中對鏟斗各個工作位置的角度要求，達到所要求的卸載高度與卸載距離。（3） 結(jié)構(gòu)要求：結(jié)構(gòu)要求簡單緊湊，承載元件數(shù)量（包括油缸）盡量少，前懸小。 鏟斗設(shè)計鏟斗是工作裝置的重要部件，裝載機工作時用它直接鏟掘、